DE3308584A1 - LASER TRANSMITTER RECEIVER WITH HETERODYNER DETECTION - Google Patents
LASER TRANSMITTER RECEIVER WITH HETERODYNER DETECTIONInfo
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Description
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LA SER-SENDE-EMBPAMGSVORRIGHTUNG! MIT HETERODYNER DETEKTION i LA SER-SEND EMBPAMGSORRIGHTUNG! WITH HETERODYNER DETECTION i
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Laser-Sjpnde-Empfangsvorrichtung mit heterodyner. Detektion gemäß| dem Oberbegriff des Anspruchs 1-sowie auf die Anwendung ein^r derartigen Vorrichtung auf ein Fernerkennungssystem. jThe invention relates to a laser beam receiving device with heterodyner. Detection according to | the preamble of claim 1 - as well as the application of a ^ r such Device on a remote sensing system. j
Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung JLst die Sendete frequenz des Lasersenders leicht bezüglich per Frequenz des lokalen Oszillators verschoben, und dasj vom Ziel zurückgeworfene Echo wird einem photoelektrisphen Detektor zugeführt, der außerdem die vom lokalen Oszillator gelieferte Strahlung empfängt. Der Detektor liefert dann Signa Ie, die mit einer der Differenz zwischen |3er Sende frequenz und der Frequenz des lokalen Oszillators entsprechenden Frequenz moduliert sind. Hierzu liefert der;, Lasersender einen kontinuierlichen Strahl, der durch eifie schräg zur Sendeachse ausgerichtete optische Lamelle in zwei Teile aufgeteilt wird: Ein erster Teil des Strahl^ durchläuft zuerst eine dem Modulator zugeordnete Frequenzverschiebungszelle, so daß Impulse einer Strahlung erhalten werden,In a known device of this type, the transmitted frequency of the laser transmitter is shifted slightly with respect to the frequency of the local oscillator, and the echo thrown back from the target is fed to a photoelectrophic detector which also receives the radiation supplied by the local oscillator. The detector then delivers signals which are modulated with a frequency corresponding to the difference between the transmission frequency | 3 and the frequency of the local oscillator. For this purpose, the laser transmitter delivers a continuous beam, which is divided into two parts by an optical lamella aligned obliquely to the transmission axis: A first part of the beam first passes through a frequency shift cell assigned to the modulator, so that pulses of radiation are obtained.
deren Frequenz leicht bezüglich der Frequent des Lasersenders verschoben ist. Diese Impulse difchläufen dann ein optisches System, das sie auf das Ziel ausrichtet. Der zweite Teil des Strahls bildet die Strahlung des lokalen Oszillators und wird dem Detektor zugeführt', um mit der vom Ziel zurückgeworfenen Echostrahlung gemischt zu werden·whose frequency is slightly relative to the frequency of the laser transmitter is shifted. These impulses then arrive optical system that aligns them with the target. The second part of the beam forms the radiation of the local Oscillator and is fed to the detector in order to be mixed with the echo radiation reflected from the target
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Die beschriebene bekannte Vorrichtung besitzt einen Nach-The known device described has a post
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teil : Es ist nämlich schwierig, die Bildung von parasitären Reflexen der Strahlungsimpulse mit verschobener Fre~ quenz in den Zweiflächern des optischen Systems und an der Ausgangsseite der Frequenzverschiebungs£elle zu ver-part: it is namely difficult to prevent the formation of parasitic Reflections of the radiation pulses with a shifted frequency in the two surfaces of the optical system and on to shift the output side of the frequency shift angle
meiden. Manche dieser parasitären Reflexe durchlaufen in umgekehrter Richtung die Zelle ohne Frequenzverschiebung und werden nach Reflexion an den Spiegeln des Laserhohlraums von der optischen Lamelle zum Detektor gesandt, Daher resultiert ein Rauschsignal großen Pegels, das den Betrieb der Vorrichtung stprt.avoid. Some of these parasitic reflections pass through the cell in the opposite direction without a frequency shift and, after reflection at the mirrors of the laser cavity, are sent from the optical lamella to the detector. Hence, results a large level noise signal interfering with the operation of the device.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Nachteil zu beheben. Sie hat zum Gegenstand eine Laser-Sende-Empfangsvorrichtung mit heterodyner Detektion, die enthält ;The object of the present invention is to remedy this disadvantage. Its object is a laser transceiver with heterodyne detection that contains;
- einen Lasersender, der eine kontinuierliche Hauptstrahlung aussendet,- a laser transmitter that emits a continuous main radiation,
- einen optischen Separator, der einen Teil der Strahlung entnimm I und dem Roh+· durchläßt,- an optical separator that removes part of the radiation I and the raw + · lets through,
- einen Niederfrequenzmodulator (Frequenz f-) , der den vom Separator durchgelassenen Teil der Hauptstrahlung empfängt und entsprechende Laserimpulse abgibt,- a low frequency modulator (frequency f-), which the from Separator receives the transmitted part of the main radiation and emits corresponding laser pulses,
- ein am Ausgang des Modulators angebrachtes optisches System, das die Laser impulse auf das Ziel richtet, wobei ein Teil der Energie dieser Impulse entsprechend einer Rückstrahlung der Frequenz f.. zurückgestreut wird,- an optical system attached to the output of the modulator, which directs the laser pulses onto the target, with part of the Energy of these impulses is backscattered according to a reflection of the frequency f ..,
- einen lokalen Oszillator, der eine Laser-Bezugsstrahlung einer Frequenz f„ φ f-i aussendet,- a local oscillator that emits a laser reference radiation with a frequency f "φ f-i,
- einen elektro-optischen Empfänger zum Empfang der Rückstrahlung der Frequenz f.. und der Bezugs strahlung der Frequenz f? und zur Ausgabe eines elektrischen Antwortsignals, das mit der Zwischenfrequenz ^2~^-\ moduliert ist,- An electro-optical receiver to receive the return radiation of the frequency f .. and the reference radiation of the frequency f ? and outputting an electrical response signal having the intermediate frequency ^ ^ 2 ~ - is \ uliert mod,
- und einen Schaltkreis zur Verarbeitung des elektrischen Signals,- and a circuit for processing the electrical signal,
dadurch gekennzeichnet, daß der lokale Oszillator aus einem Frequenzverschiebungsorgan besteht, das zwischen dem Separator und dem Empfänger liegt und den vom Separator entnommenen Teil der Hauptstrahlung der Frequenz f.. empfängt, wobei dieses Organ die Bezugsstrahlung der Frequenz f^ liefert.characterized in that the local oscillator consists of a frequency shifter which is located between the separator and the receiver is and the part of the main radiation of the frequency f .. taken from the separator receives, this Organ supplies the reference radiation of frequency f ^.
In dieser Vorrichtung kann der Verarbeitungsschaltkreis in Reihe am Ausgang des Empfängers nacheinander einen Zwischen-In this device, the processing circuit in Row at the output of the receiver one after the other an intermediate
— e /η —c- e / η —c
frequenzsignalverstärker, einen Hüllkurvendetektor und einen Niederfrequenzverstärker enthalten, der an den Modulator angeschlossen ist und eine synchrone Detektion bei der Niederfrequenz ff. bewirkt.frequency signal amplifier, an envelope detector and a Low frequency amplifier included, which is connected to the modulator and a synchronous detection at the low frequency ff. causes.
Die vorliegende Erfindung hat auch ein Fernerkennungssystem zum Gegenstand, das eine Laser-Sende-Empfangsvorrichtung wie oben definiert enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß es außerdemThe present invention also has a remote sensing system to the article which contains a laser transceiver as defined above and is characterized in that it aside from that
- einen zusätzlichen Lasersender, der eine kontinuierliche Hauptstrahlung einer bezüglich der Frequenz f. verschobenen Frequenz f.^ liefert,- an additional laser transmitter, which supplies a continuous main radiation of a frequency f. ^ shifted with respect to the frequency f.,
- optische Entnahmemittel, die einen Teil der Hauptstrahlung der Frequenz f_ auf den Eingang des Frequenzverschiebungsorgans richten t - optical extraction means, the f_ part of the main radiation of the frequency to the input of the frequency shift organ depend t
- einen zusätzlichen Modulator, der bei einer Niederfrequenz - an additional modulator that works at a low frequency
f , die sich von der Frequenz f,. unterscheidet, betrieben wird und der einen anderen Teil der Hauptstrahlung der Frequenz f_ zugeführt erhält,f, which differs from the frequency f ,. differentiates, is operated and which receives another part of the main radiation of the frequency f_,
- ein zusätzliches optisches System, mit dem die am Ausgang des zusätzlichen Modulators vorhandene Strahlung auf das Ziel gerichtet wird,- An additional optical system with which the radiation present at the output of the additional modulator is directed at the target is judged,
- einen Filterkreis, dessen Eingang an den Ausgang des Hüllkurvendetektors angeschlossen ist und der zwei Ausgänge besitzt, die an den Eingang des Niederfrequenzverstärkers bzw. an den Eingang eines zusätzlichen Niederfrequenzverstärkers angeschlossen sind, der mit dem zusätzlichen Modulator verbunden ist,- a filter circuit, the input of which is connected to the output of the envelope detector is connected and has two outputs that are connected to the input of the low-frequency amplifier or are connected to the input of an additional low-frequency amplifier, which is connected to the additional modulator is,
- einen Teilerschaltkreis, dessen beide Eingänge an den Ausgang des Niederfrequenzverstärkers bzw. des .zusätzlichen Niederfrequenzverstärkers angeschlossen sind,- A divider circuit, the two inputs of which are connected to the output of the low-frequency amplifier or the additional one Connected to a low frequency amplifier,
- und ein Aufzeichnungssystem enthält, das an den Ausgang des Teilers angeschlossen ist.- and includes a recording system connected to the output of the divider.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele mithilfe der Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of some exemplary embodiments with the aid of the drawings.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 1 shows schematically an embodiment of an inventive Contraption.
Die Figuren 2A, 2B, 2C, 2D und 2E enthalten Zeitdiagrainme der Impulsamplituden, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 auftreten.Figures 2A, 2B, 2C, 2D and 2E contain time diagrams of the Pulse amplitudes occurring in the device according to FIG. 1.
Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 3 shows schematically a further embodiment of a device according to the invention.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Fernerkennungssystem, das eine Laser-Sende-Empfangsvorrichtung gemäß der Fig. 1 enthält.Fig. 4 shows schematically a remote detection system which is a Laser transceiver device according to FIG. 1 contains.
In Fig. 1 sieht man einen kontinuierlichen Lasersender 1, der beispielsweise vom Kohlenstoffgas-Wellenleitertyp ist. Dieser Laser besitzt entlang seiner Achse 2 zwei Spiegel 3 und 4, die einen optischen Resonanzraum bilden. Der Spiegel 3 ist teilweise durchlässig, während der Spiegel 4 aus einem Netz besteht, dessen Neigung zur Achse 2 einstellbar ist. Zwischen den Spiegeln 3 und 4 befindet sich eine Laserröhre 5, die von durchsichtigen und gemäß dem Brewster-Einfallwinkel geneigten Fenstern begrenzt wird. Am Ausgang des Senders 1 liegt eine optische Separatorlamelle 6, die teilweise reflektiert und zur Achse 2 um 45° geneigt ist. Jenseits der Lamelle 6 befinden sich zwei Sammellinsen 9 und 10, die auf die Achse 2 zentriert sind und ein afokales optisches System bilden. Ein Niederfreguenzmodulator; wie z.B. ein Verschluß, liegt im gemeinsamen Brennpunkt der beiden Linsen. Dieser Verschluß besitzt eine Scheibe 11 mit Öffnungen und wird von einem Motor 12 um seine Achse in Drehung versetzt.In Fig. 1 one sees a continuous laser transmitter 1, which is for example of the carbon gas waveguide type. This laser has two mirrors 3 and 4 along its axis 2, which form an optical resonance space. The mirror 3 is partially transparent, while the mirror 4 consists of a network, the inclination of which to the axis 2 is adjustable. Between the mirrors 3 and 4 there is a laser tube 5 which is delimited by transparent windows inclined in accordance with the Brewster angle of incidence. At the output of the transmitter 1 there is an optical separator lamella 6, which is partially reflected and inclined at 45 ° to the axis 2. Beyond the lamella 6 there are two converging lenses 9 and 10, which are centered on the axis 2 and form an afocal optical system. A low frequency modulator ; such as a shutter, lies in the common focal point of the two lenses. This closure has a disc 11 with openings and is set in rotation about its axis by a motor 12.
Auf der Reflexionsachse 13 der Lamelle 6 befindet sich ein Germaniumkristall 14, der mit einem akusto-optischen übertrager in Kontakt steht und von einem elektrischen Generator 15 versorgt wird. Ein photoelektrischer Detektor 16 empfängt entlang einer Achse 17 die Ausgangsstrahlung des Kristalls Ein afokales optisches System mit einer Sammellinse 18 undOn the reflection axis 13 of the lamella 6 there is a germanium crystal 14 which is connected to an acousto-optical transmitter is in contact and is supplied by an electrical generator 15. A photoelectric detector 16 receives along an axis 17 the output radiation of the crystal. An afocal optical system with a converging lens 18 and
einer Zerstreuungslinse 19 ist auf eine Achse 20 zentriert, die die Achse 17 zwischen dem Kristall 14 und dem Detektor 16 schneidet. Im Schnittpunkt der Achsen 17 und 20 befindet sich eine teilweise reflektierende optische Lamelle 21 in geneigter Lage, derart, daß sie die Strahlung reflektiert, die das afokale optische System 18-19 durchlaufen hat. Am Ausgang des Detektors 16 befindet sich ein Verarbeitungsschaltkreis, der nacheinander einen Verstärker 22, einen Hüllkurvendetektor 23 und einen Verstärker 24 in Reihe geschaltet enthält .a diverging lens 19 is centered on an axis 20 which is the axis 17 between the crystal 14 and the detector 16 cuts. At the intersection of axes 17 and 20 there is a partially reflective optical lamella 21 in FIG inclined position such that it reflects the radiation which has passed through the afocal optical system 18-19. At the The output of the detector 16 is a processing circuit which successively includes an amplifier 22, an envelope detector 23 and an amplifier 24 connected in series.
Ein Lichtgenerator 25 und ein lichtelektrischer Empfänger 26, die auf einem gemeinsamen Träger 27 angeordnet und entlang einer zur Achse 2 parallelen, die öffnungen der Scheibe.11 durchquerenden Achse angeordnet sind, bilden eine Niederfrequenz-Modulationssonde. Der elektrische Ausgang des Empfängers 26 ist an den Verstärker 24 angeschlossen.A light generator 25 and a photoelectric receiver 26, which are arranged on a common carrier 27 and along one parallel to the axis 2, the openings of the disk. 11 arranged traversing axis, form a low-frequency modulation probe. The electrical output of the receiver 26 is connected to the amplifier 24.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet folgendermaßen :The device according to FIG. 1 operates as follows:
Wenn der Motor 12 eingeschaltet wird, dann wird die kontinuierliche Strahlung 28 der Frequenz f1, die vom Sender 1 stammt, durch die Scheibe 11 mit ihren Öffnungen mit einer geringen Frequenz f,. von einigen kHz beispielsweise regelmäßig unterbrochen. Dadurch bildet sich am Ausgang der Linse 10 ein gepulster Strahl 29, der auf ein nicht dargestelltes Ziel gerichtet wird. Ein Teil 30 der Energie dieser Impulse wird vom Ziel reflektiert und gelangt nach Durchlauf des optischen Systems 18-19 und Reflexion an der Lamelle 21 auf die lichtempfindliche Fläche des Detektors 16.When the motor 12 is switched on, the continuous radiation 28 of the frequency f 1 , which originates from the transmitter 1, is transmitted through the disk 11 with its openings at a low frequency f 1. of a few kHz, for example, regularly interrupted. As a result, a pulsed beam 29 is formed at the exit of the lens 10 and is directed onto a target (not shown). A part 30 of the energy of these pulses is reflected by the target and, after passing through the optical system 18-19 and being reflected on the lamella 21, reaches the light-sensitive surface of the detector 16.
Durch die Wirkung des dem Kristall 14 zugeordneten akustooptischen Wandlers wird der Teil 31 der Strahlung 28,der von der Lamelle reflektiert wird, vom Kristall 14 abgelenkt und erfährt eine Frequenzverschiebung f~-f1, die in der Größenordnung von 100 MHz liegen kann. Der Strahl 32 der Frequenz fDue to the effect of the acousto-optical transducer assigned to the crystal 14, the part 31 of the radiation 28 which is reflected by the lamella is deflected by the crystal 14 and experiences a frequency shift f ~ -f 1 , which can be of the order of 100 MHz. The beam 32 of frequency f
"" ϊο "" ϊο
der aus dem Kristall 14 austritt, bildet einen von einem lokalen Oszillator ausgesandten Bezugsstrahl und beleuchtet die lichtempfindliche Fläche des Detektors 16, dem, wie erwähnt, die Echostrahlung 30 der Frequenz f.. ebenfalls zugeführt wird. Der Detektor 16 ist vom Quadrattyp und bewirkt eine heterodyne Detektion; er liefert an seinem Ausgang ein mit der Zwischenfrequenz t^-f. moduliertes elektrisches Signal.which emerges from the crystal 14, forms a reference beam emitted by a local oscillator and illuminates the light-sensitive surface of the detector 16, to which, as mentioned, the echo radiation 30 of the frequency f .. is also fed. The detector 16 is of the square type and effects heterodyne detection; at its output it delivers a with the intermediate frequency t ^ -f. modulated electrical signal.
Dieses Signal wird vom Zwischenfrequenzverstärker 22 verstärkt und durchläuft dann nacheinander den Hüllkurvendetektor 23 und den Niederfrequenzverstärker 24, was eine Synchrondetektion bei der niederen Modulationsfrequenz fr, die vom rotierenden Verschluß erzeugt wird, bedeutet. Hierzu wird die vom Generator 25 erzeugte Strahlung periodisch gemäß dem Vorbeilauf der öffnungen in der Scheibe 11 unterbrochen, und der Verstärker 24 empfängt die vom Detektor 26 erzeugten elektrischen Signale, die für die niedere Modulationsfrequenz repräsentativ and. Diese Art der Signalverarbeitung ermöglicht eine deutliche Verringerung der Empfangsbandbreite und damit eine Vergrößerung 'des Signal-Rauschverhältnisses beim Empfang.This signal is amplified by the intermediate frequency amplifier 22 and then passes through the envelope detector 23 one after the other and the low frequency amplifier 24, which provides synchronous detection at the low modulation frequency fr that of the rotating Closure is generated, means. For this purpose, the radiation generated by the generator 25 is periodically in accordance with the passage of the Openings in the disc 11 interrupted, and the amplifier 24 receives the electrical signals generated by detector 26 which are representative of the low modulation frequency and. This type of signal processing enables a significant reduction in the reception bandwidth and thus an increase 'the signal-to-noise ratio when receiving.
Eine parasitäre Rückreflexion der Laserimpulse an den Diopterflächen der Linse 10 durchläuft in Gegenrichtung die Linse und die Lamelle 6. Nach Reflexion am Ausgangsspiegel 3 des Lasers 1 beispielsweise wird diese Störstrahlung entlang der Achse 13 durch die Lamelle 6 abgelenkt. Sie durchläuft dann den Kristall 14 und erfährt dort eine FrequenzverschiebungA parasitic back reflection of the laser impulses on the diopter surfaces the lens 10 passes through the lens and the lamella 6 in the opposite direction. After reflection on the output mirror 3 of the Laser 1, for example, this interference radiation is deflected along the axis 13 by the lamella 6. She then goes through the crystal 14 and experiences a frequency shift there
Am Ausgang, des Kristalls 14 erhält man entlang der Achse 17 eine Überlagerung des Bezugsstrahls 32 mit der Frequenz f„ und der Rückstrahlung, die die gleiche Frequenz f2 besitzt, aber mit der Niederfrequenz f,- des rotierenden Verschlusses moduliert ist.At the exit of the crystal 14, along the axis 17, a superimposition of the reference beam 32 with the frequency f 1 and the reflection which has the same frequency f 2 but is modulated with the low frequency f 1 of the rotating shutter is obtained.
Pig. 2A zeigt die Zeitabhängigkeit der Amplitude A der aus dieser überlagerung resultierenden Impulse,·und zwar betrachtet am Ausgang des Kristalls 14 im Fall einer parasitären Rückstrahlung. .Pig. 2A shows the time dependence of the amplitude A of FIG this superposition resulting impulses, · namely considered at the exit of the crystal 14 in the event of parasitic reflection. .
Fig. 2B zeigt die Form der Echoimpulse 30 der Frequenz f., die vom Ziel reflektiert wurden. Diese Impulse sind auch mit derselben niederen Frequenz f_ moduliert, sie besitzen jedoch eine Verzögerung, die dem optischen Weg zum'Ziel und wieder zurück entspricht, was aber praktisch vernachlässigbar ist.Fig. 2B shows the shape of the echo pulses 30 of the frequency f., that were reflected by the target. These pulses are also modulated with the same lower frequency f_, but they have a delay that corresponds to the optical path to the target and back again, but this is practically negligible.
Fig. 2C zeigt die Form des vom Empfänger 16'gelieferten elektris
ist.2C shows the shape of the electricity supplied by the receiver 16 '
is.
trischen Signals, das mit der Zwischenfrequenz t^-t modulierttric signal that modulates with the intermediate frequency t ^ -t
Der Verstärker 22 verstärkt das Zwischenfrequenzsignal und sperrt praktisch die Niederfrequenz. Fig. 2D zeigt die Form der am Ausgang dieses Verstärkers 22 erhaltenen Signale.The amplifier 22 amplifies the intermediate frequency signal and practically blocks the low frequency. Figure 2D shows the shape the signals obtained at the output of this amplifier 22.
Nach Durchlauf des Detektors 23 verbleibt nur noch die Hüllkurve dieser Signale, wie Fig. 2E zeigt. Der Verstärker 24 bewirkt eine synchrone Detektion dieser Niederfrequenzsignale, die vom Detektor 26 stammen.After passing through the detector 23, only the envelope curve of these signals remains, as FIG. 2E shows. The amplifier 24 brings about a synchronous detection of these low-frequency signals, which originate from the detector 26.
Es zeigt sich also, daß eine parasitäre Rückstrahlung am optischen System auf der Sendeseite die Empfangssignale nicht verrauscht. Dies kommt im wesentlichen daher, daß eine derartige parasitäre Rückstrahlung mit der Frequenz f0 am Empfänger 16 nach Durchlauf des Kristalls 14 ankommt.It can therefore be seen that parasitic reflection on the optical system on the transmitting side does not cause any noise to the received signals. This is essentially due to the fact that such a parasitic return radiation arrives at the receiver 16 with the frequency f 0 after it has passed through the crystal 14.
Außerdem ist der Bezugsstrahl 32 am Ausgang des Kristalls ein kontinuierlicher Strahl und kann nicht Anlaß, für eine parasitäre Rückstrahlung an der Ausgangsfläche des Kristalls 14 geben.In addition, the reference beam 32 at the exit of the crystal is a continuous beam and cannot give rise to a parasitic one Give back radiation at the exit surface of the crystal 14.
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung wird vorzugsweise dann verwendet, wenn die Amplitude der durch den rotierenden VerschlußThe device shown in Fig. 3 is preferably used when the amplitude of the rotating shutter
U \J U \ J
- "12 -- "12 -
eingeführten Niederfrequenzitiodulation groß ist. In diesem Fall ist es sehr schwer, einen Verstärker 22 zu finden, der ohne Sättigung die Verstärkung der Zwischenfrequenzsignale durchführt· Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung verwendet dieselben Elemente wie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung und damit auch dieselben Bezugszeichen. Sie enthält zusätzlich, einen Polarisator 7, der auf der Achse 2 zwischen der Lamelle 6 und der.Linse 9 angeordnet ist, und eine Viertelwellenlamelle 8', die ebenfalls auf der Achse 2 zwischen dem Polarisator 7'und der Linse 9 liegt.introduced low frequency itiodulation is large. In this case it is very difficult to find an amplifier 22 which carries out the amplification of the intermediate frequency signals without saturation. The device shown in FIG. 3 uses the same elements as the device shown in FIG. 1 and thus also the same reference numerals. It also contains a polarizer 7, which is arranged on the axis 2 between the lamella 6 and the lens 9, and a quarter-wave lamella 8 ', which is also located on the axis 2 between the polarizer 7' and the lens 9.
Der Polarisator 7 unterwirft die von der Lamelle 6 durchge-Jassene Laserstrahlung einer geradlinigen oder linearen Polarisation in einer ersten Ebene. Diese wird in eine Zirkularpolarisation durch die Viertelwellenlamelle 8 umgewandelt. Es ergibt sich daher eine parasitäre Rückstrahlung der Laserimpulse an öiner der Diopterflächen der Linse 10. Diese Rückstrahlung 'durchläuft in umgekehrter Richtung die Linse 9 und die Viertelwellenlamelle 8, wo eine Umwandlung der Zirkularpolarisation der Strahlung in eine Linearpolarisation in einer zweiten Eftene senkrecht zur ersten Ebene erfolgt. Jede parasitäre Rückstrahlung an den Flächen der Linse 10 wird daher vom Polarisator 7 blockiert.The polarizer 7 subjects that passed by the lamella 6 Laser radiation of a straight or linear polarization in a first plane. This turns into a circular polarization converted by the quarter-wave lamella 8. There is therefore a parasitic reflection of the laser pulses on one of the diopter surfaces of the lens 10. This reflection 'passes through the lens 9 and the quarter-wave lamella 8 in the opposite direction, where the circular polarization is converted the radiation takes place in a linear polarization in a second Eftene perpendicular to the first plane. Any parasitic Reflection on the surfaces of the lens 10 is therefore blocked by polarizer 7.
Außerdem ist wie im vorhergehenden Fall der vcn der Lamelle 6 abgelenkte Laserstrahl, der den Kristall 14 zur Erzeugung des Bezugssträhls durchläuft, ein kontinuierlicher Laserstrahl; eine Rückstrahlung dieses Strahls an den Flächen des Kristalls kann alsovkein Störsignal auf der Empfangsseite hervorrufen.In addition, as in the previous case, the laser beam deflected by the lamella 6, which the crystal 14 for generating the Reference beam passes through a continuous laser beam; a reflection of this beam on the faces of the crystal can also not cause an interference signal on the receiving side.
Fig. 4 zeigt ein System, mit dem ein Gas wie z.B. Ozon in der Atmosphäre aus der Entfernung erkannt werden kann.Fig. 4 shows a system by which a gas such as ozone in the atmosphere can be remotely detected.
Dieses Syätem enthält eine Laser-Sende-Empfangsvorrichtung, die anhand von Fig. 1 erläutert wurde. In dieser Vorrichtung erzeugt der Lasersender 1 eine Strahlung, deren Frequenz genauThis system contains a laser transceiver, which was explained with reference to FIG. In this device, the laser transmitter 1 generates radiation, the frequency of which is accurate
ο ο u υ ο υο ο u υ ο υ
einer Absorptionsfrequenz des zu entdeckenden oder erkennenden Gases entspricht, wobei diese Frequenz durch Drehung des Netzes 4 eingestellt werden kann. Der aus dem optischen System 10 austretende Strahl 29 wird teilweise bei Durchlauf einer Schicht des gesuchten Gases absorbiert.corresponds to an absorption frequency of the gas to be discovered or detected, this frequency being achieved by rotating the network 4 can be set. The emerging from the optical system 10 beam 29 is partially when passing through a Layer of the sought gas absorbed.
Dieses System enthält außerdem einen weiteren Lasersender entsprechend dem Lasersender 1. Die vom Sender 33 erzeugte Strahlung 34 hat eine Frequenz f , die der Frequenz f1 der Strahlung nahekommt, die vom Laser 1 ausgesändt wird, aber diese Frequenz f entspricht nicht einer Absorptionsfrequenz des zu entdeckenden Gases. Die Strahlung 34"verläuft entlang einer Achse 35, die zur Achse 2 parallel ist, und durchläuft nacheinander eine teilreflektierende optische SeparatorlamelleThis system also contains a further laser transmitter corresponding to the laser transmitter 1. The radiation 34 generated by the transmitter 33 has a frequency f which is close to the frequency f 1 of the radiation emitted by the laser 1, but this frequency f does not correspond to an absorption frequency of the to discovering gas. The radiation 34 ″ runs along an axis 35 which is parallel to the axis 2 and successively passes through a partially reflective optical separator lamella
36 und ein afokales optisches System, das zwei Sammellinsen36 and an afocal optical system that has two converging lenses
37 und 38 aufweist. Im gemeinsamen Brennpunkt der Linsen 37 und 38 befindet sich ein rotierender Verschluß, der aus einer der Scheibe 11 gleichenden Scheibe 39 gebildet wird und um seine Achse von einem Motor 40 in Drehung versetzt wird. Die Scheibe 39 besitzt öffnungen, die bei Antrieb durch den Motor 40 eine periodische Sperrung des Laserstrahls mit einer Frequenz f^ bewirken, die sich von der Frequenz fj. unterscheidet. Am Ausgang der Linse 38 erhält man also eine Folge von Laserimpulsen 41, die in derselben Richtung wie die Laserimpulse 29 ausgerichtet sind. Der Strahl 41 trifft auch auf das zu entdeckende Gas, aber erfährt keinerlei Absorption bei Durchlauf dieses Gases. Ein Teil der Energie des -Strahls 41 wird teilweise vom Ziel gemäß einem Weg reflektiert, der mit dem des Strahls 30 zusammenfällt. Diese reflektierte Energie wird vom Empfänger 16 nach Durchlauf des optischen Systems 18-19 und Reflexion an der Lamelle 21 empfangen.37 and 38 has. At the common focal point of the lenses 37 and 38 is a rotating shutter, which is formed from a disk 39 resembling the disk 11 and around its axis is set in rotation by a motor 40. The disk 39 has openings which, when driven by the motor 40 cause a periodic blocking of the laser beam with a frequency f ^ which differs from the frequency fj. differs. A sequence of laser pulses is thus obtained at the exit of the lens 38 41, which are aligned in the same direction as the laser pulses 29. Ray 41 applies to that too discovering gas, but does not experience any absorption when this gas passes through it. Part of the energy of the ray 41 becomes partially reflected from the target along a path coincident with that of the beam 30. This reflected energy will from the receiver 16 after passing through the optical system 18-19 and receive reflection at lamella 21.
Die Separatorlamelle 36 reflektiert im rechten Winkel einen Teil der Energie des Strahls 34 gemäß einem-Strahl 42, der sich dem Strahl 31 nach Ablenkung an einem Spiegel 43 und Reflexion an einer teilweise reflektierenden und zwischen derThe separator lamella 36 reflects at right angles part of the energy of the beam 34 according to a beam 42, the the beam 31 after deflection at a mirror 43 and reflection at a partially reflecting and between the
0JU0ÜO40JU0ÜO4
Lamelle 6 und dem Kristall 14 liegenden optischen Lamelle überlagert. Der Teil der Energie des Strahls 34, der von der Lamelle 6 abgelenkt worden ist, durchläuft also den Kristall 14 und erfährt eine Frequenzverschiebung f4~fU gleich der FrequenzverSchiebung f2~f..Lamella 6 and the crystal 14 lying optical lamella superimposed. The part of the energy of the beam 34 that has been deflected by the lamella 6 thus passes through the crystal 14 and experiences a frequency shift f 4 ~ fU equal to the frequency shift f 2 ~ f ..
Der Empfänger 16 empfängt also einerseits zwei kontinuierliche Bezugsstrahlen vom Kristall 14 mit den Frequenzen f und f und andererseits zwei Strahlen, die von den zurücklaufenden Impulsen der Frequenz f1 und f_ nach Ablenkung an der Lamelle 21 gebildet werden.The receiver 16 thus receives, on the one hand, two continuous reference beams from the crystal 14 with the frequencies f and f and, on the other hand, two beams which are formed by the returning pulses of the frequency f 1 and f_ after deflection at the lamella 21.
Der Empfänger 16 liefert also am Ausgang zwei Arten von elektrischen Signalen, nämlich Impulse der Frequenz f_-f ■, die mit der niederen Frequenz f,- des rotierenden Verschlusses 11-12 moduliert sind, und Impulse einer Frequenz f.-f , die vom rotierenden Verschluß 39-40 mit der niederen Frequenz f, moduliert sind.The receiver 16 thus provides two types of electrical output at the output Signals, namely pulses of the frequency f_-f ■, the with the lower frequency f, - of the rotating shutter 11-12 are modulated, and pulses of a frequency f.-f, which from rotating shutter 39-40 with the low frequency f, modulated are.
Die Differenz fn-f-, ist hinreichend groß (in der GrößenordnungThe difference fn-f- is sufficiently large (of the order of magnitude
1515th
von 10 Hz), um zu verhindern, daß der Empfänger 16 die elektrischen Signale der Frequenzen f -f oder f^-f-, ausgibt.of 10 Hz) to prevent the receiver 16 from the electrical Signals of the frequencies f -f or f ^ -f- outputs.
Die elektrischen Impulse der Frequenz f^-f-i und f -f , die vom Empfänger geliefert werden, durchlaufen zuerst den Verstärker 22, der die niederen Modulationsfrequenzen sperrt, dann den Hüllkurvendetektor 23, um schließlich in ein Filterorgan 45 einzutreten, das an einem Ausgang 46 die Signale der Frequenz f und an einem Ausgang 47 die Signale der Frequenz ffi ausgibt.The electrical pulses of the frequency f ^ -fi and f -f, which are supplied by the receiver, first pass through the amplifier 22, which blocks the lower modulation frequencies, then the envelope curve detector 23, to finally enter a filter element 45, which is at an output 46 outputs the signals of the frequency f and at an output 47 the signals of the frequency f fi.
Der Ausgang 46 des Filterorgans 45 ist an den Eingang des Verstärkers 24 angeschlossen, der eine synchrone Detektion der vom Detektor 26 kommenden Niederfrequenzsignale' f5 vornimmt .The output 46 of the filter element 45 is connected to the input of the amplifier 24, which carries out a synchronous detection of the low-frequency signals' f 5 coming from the detector 26.
Der Ausgang 47 ist an den Eingang eines weiteren Verstärkers 48 angeschlossen, der eine synchrone Detektion auf der Nieder-The output 47 is connected to the input of a further amplifier 48, which enables synchronous detection on the low
JJUOÜ04JJUOÜ04
frequenz f, des rotierenden Verschlusses 39-enthält der Verschluß eine Frequenzsonde Verschlusses 11-12 mit einem Lichtgenerator Strahl auf einen Detektor 50 richtet, wobei periodisch gemäß dem Durchlauf der Löcher der Scheibe 3 9 durch den Strahlengang unterbroch^ elektrische Ausgang des Detektors 50 ist an 48 angeschlossen.frequency f, of the rotating shutter 39-the shutter contains a frequency probe Shutter 11-12 is directed with a light generator beam onto a detector 50, wherein interrupted periodically according to the passage of the holes of the disc 3 9 through the beam path ^ electrical output of detector 50 is connected to 48.
entsprechendcorresponding
40 bewirkt. Hierzu40 causes. For this
der des 9, der einen dieser Strahl rotierenden η wird. Der den Verstärkerthat of 9, which will η one of these beams rotating. The amplifier
anat
ankommenarrive
Die Ausgänge der Verstärker 24 und 48 sind 51 bzw. 52 eines Teilerschaltkreises 53 ange Amplitude der am Eingang 51 ankommenden Signal als die der Signale, die am Eingang 52 29 eine Absorption in der zu entdeckenden hat. Der Teilerschaltkreis 53 liefert also a eines Aufzeichnungsgeräts 54 ein Signal, das aus der Konzentration des Gases mit der Läng£ strahl durchlaufenen Schicht repräsentativ i|tThe outputs of amplifiers 24 and 48 are 51 and 52, respectively, of a divider circuit 53 Amplitude of the signal arriving at input 51 than that of the signals arriving at input 52 29 has an absorption in the to be discovered. The divider circuit 53 thus provides a of a recording device 54, a signal derived from the concentration of the gas with the length £ beam traversed layer is representative i | t
Ga$schichtGa $ layer
zwei Eingänge chlossen. Die e ist geringer , da der Strahltwo entrances closed. The e is less than the beam
erfahren den Eingang für das Produkt der vom Laser-learn the receipt for the product of the laser
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Cited By (1)
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DE3324341A1 (en) * | 1983-07-06 | 1985-01-24 | Ralf 6751 Katzweiler Hinkel | Method and device for determining the shortest transit time differences of a laser range finder operating in accordance with the transit time principle |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3324341A1 (en) * | 1983-07-06 | 1985-01-24 | Ralf 6751 Katzweiler Hinkel | Method and device for determining the shortest transit time differences of a laser range finder operating in accordance with the transit time principle |
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FR2523378A1 (en) | 1983-09-16 |
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GB8306806D0 (en) | 1983-04-20 |
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